电力系统继电保护与二次回路课件 第12章 信号回路

第12章

信号回路12.1概述12.1.1信号回路的类型当电气设备发生事故或出现不正常工作情况时，应发出各种灯光和音响信号，唤起值班人员的注意，帮助分析判断事故的范围和地点或不正常运行情况的具体内容等。当电气设备正常运行时，运行值班人员除了通过测量仪表了解设备的运行情况外，还必须通过位置信号及时了解电气设备的工作状态，例如断路器是处在合闸位置还是跳闸位置，是自动跳闸还是手动跳闸，隔离开关是处在闭合位置还是断开位置等。信号回路按其用途可分为事故信号、预告信号和位置信号三种。1)事故信号。当一次系统故障，继电保护动作，一方面启动断路器跳闸，另一方面启动蜂鸣器发出较强的音响，以引起运行人员注意，同时断路器位置指示灯发出闪光，指明事故对象及性质。例如，线路的电流速断、过电流保护动作，变压器的差动保护、复合电压启动的过电流保护动作，主变压器重瓦斯保护动作等。2)预告信号。当设备出现不正常运行状况时，预告信号装置能启动警铃发出音响及灯光信号，它可以帮助运行人员发现设备隐患，以便及时处理。常见的预告信号有变压器的过负荷；变压器轻瓦斯保护动作；变压器油温过高；电压互感器二次回路断线；交、直流回路绝缘损坏；控制回路断线及其他要求采取措施的不正常情况，如液压操动机构压力异常等。3)位置信号。位置信号包括断路器位置信号和隔离开关位置信号及其他开关设备位置信号。断路器一般用红灯、绿灯表示其合、跳闸位置；隔离开关常用专门的位置指示器或灯光表示其位置状态，有载调压电压互感器采用指针或数码管位置指示器表示分接头位置。12.1概述12.1.2对信号回路的基本要求信号回路必须满足以下要求：1)电气设备故障断路器事故跳闸时，能瞬时发出事故音响信号(蜂鸣器声)，并使相应的位置指示灯闪光，亮“掉牌未复归”光字牌。2)电气设备出现不正常状态时，能及时发出区别于事故音响的另一种音响(警铃声)，并使显示不正常状态的光字牌点亮。3)对事故信号、预告信号及其光字牌，应能进行是否完好的试验。4)音响信号应能重复动作，并能手动及自动复归，而表明故障地点和性质的显示灯仍保留。5)应设信号未复归光字牌信号，以便在保护装置和自动装置动作后，能及时将信号继电器手动复归。需要指出的是，由于目前变电站综合自动化系统特别是智能变电站的采用，正常情况下，中央信号装置的绝大部分功能已被自动监控系统所代替。在这种情况下，常规信号系统作为监控系统的备用应适当简化接线(例如减少预告信号，只保留对变电站起安全作用的主要预告信号等)。12.2事故信号电路具有中央复归能重复动作的事故信号电路的主要元件是冲击继电器，它可接受各种事故脉冲，并转换成音响信号。冲击继电器有各种不同的型号，但其共同点是都具有接收信号的元件(如脉冲变流器或电阻器)以及相应的执行元件。图12-1为事故音响信号启动电路。图12-1中，+WS700、-WS700为信号小母线；R为电阻器；K为冲击继电器。当发生事故跳闸时，接于事故音响小母线WS708和-WS700之间的任一启动回路接通(如控制开关SA1的触点1-3、19-17与断路器辅助常闭触点QF1形成的通路)，在电阻器 R上将流过一个持续的直流电流(阶跃脉冲)，而在电阻器R上电流从初始值达到稳定值的瞬变过程中产生一个脉冲电流，此电流使冲击继电器K动作。K动作后，再启动后续回路。当前次发出的音响信号被解除，而相应启动回路尚未复归，第二台断路器QF2又自动跳闸，第二条不对应回路(SA2的触点1-3、19-17和断路器辅助常闭触点QF2形成的通路)接通，在小母线WS708与-WS700之间又并联一支启动回路，从而使电阻器R上的电流发生变化(每一并联支路中均串有电阻R1)，使冲击继电器K再次启动。可见，电阻器不仅接收了事故脉冲并将其变成执行元件动作的脉冲，而且把启动回路与音响信号回路分开，以保证音响信号一经启动，即与启动它的回路无关，从而达到了音响信号重复动作的目的。图12-1事故音响信号的启动电路12.2事故信号电路下面介绍两种常用的冲击继电器构成的事故信号电路，一种是利用极化继电器作执行元件的JC系列冲击继电器，一种是利用半导体器件作执行元件的BC系列冲击继电器。12.2.1由JC-2型冲击继电器构成的事故信号电路1.JC-2型冲击继电器的内部电路及工作原理JC-2型冲击继电器的内部电路如图12-2所示，是利用电容充放电启动极化继电器的原理工作的。图12-2JC-2型冲击继电器内部结构12.2事故信号电路12.2.1由JC-2型冲击继电器构成的事故信号电路KP为极化继电器，其结构原理如图12-3所示，由线圈、电磁铁、可动衔铁、永久磁铁、动触点、静触点组成。线圈1(L1)为工作线圈，线圈2(L2)为返回线圈，若线圈1按图示极性通入电流，根据右手螺旋定则，电磁铁及与其连接的可动衔铁的上端呈N极，下端呈S极，电磁铁产生的磁极与永久磁铁产生的磁极同性相斥异性相吸，使极化继电器动作，触点闭合(如图12-3中触点状态，对应图12-2中常开触点KP闭合)。如果线圈1中流过相反方向的电流或在线圈2中按图示极性通入电流时，可动衔铁的极性改变，触点断开。图12-3极化继电器的结构原理图12.2事故信号电路12.2.1由JC-2型冲击继电器构成的事故信号电路启动回路动作时，产生的脉冲电流由图12-2中端子5流人，在电阻器R1上产生一个电压增量，该电压增量即通过继电器的两个线圈，给电容器C充电，线圈1标+极流入电流，充电电流使极化继电器动作，常开触点KP闭合，冲击继电器的端子1和端子3接通。当充电电流消失后，极化继电器仍保持在动作位置。其返回有以下两种情况：当冲击继电器接于电源正端（即端子5接于+极），并将端子4和端子6短接，将负电源电压加到端子2可实现复归，如图12-2(a)所示，其复归电流从端子5经R1、L2、R2到端子2，线圈2中通入电流，使常开触点KP断开，端子1和端子3断开；当冲击继电器接于电源负端（即端子7接于-端），并将端子6、端子8短接，将正电源电压加到端子2可实现复归，如图12-2(b)所示，其复归电流从端子2经R2、L1、R1到端子7，线圈1中通入反向电流，使常开触点KP断开，端子1和端子3断开。图12-2JC-2型冲击继电器内部结构此外，冲击继电器还可实现冲击自动复归。即当流过R1的冲击电流突然减小或消失时，在电阻器R1上的电压有一减量，该电压减量使电容器经极化继电器线圈放电，其放电电流使极化继电器返回。12.2事故信号电路12.2.1由JC-2型冲击继电器构成的事故信号电路2.由JC-2型冲击继电器构成的事故信号电路图及工作原理由JC-2型冲击继电器构成的中央事故信号电路如图12-4所示。图12-4由JC-2型冲击继电器构成的中央事故信号电路图12-4中，K1、K2为冲击继电器；KC1、KC2为中间继电器；KT1为时间继电器；KCA1、KCA2为事故信号继电器。WS808为事故音响信号小母线；WS7271、WS7272为配电装置事故信号小母线I段和Ⅱ段；SB为音响解除按钮；SB1、SB3为试验按钮；其动作过程如下：1)事故信号的启动。当断路器事故跳闸时，由图12-1事故音响信号的启动电路可知，信号电源-WS700接至事故音响信号小母线WS708上，给出脉冲电流信号，使冲击继电器K1启动。由图12-2可知，当KP闭合时，冲击继电器K1的端子1和端子3接通，由图12-4可知，冲击继电器K1的端子1和端子3接通后，启动中间继电器KC1，KC1的常开触点闭合，启动蜂鸣器HB，发出音响信号。12.2事故信号电路12.2.1由JC-2型冲击继电器构成的事故信号电路2.由JC-2型冲击继电器构成的事故信号电路图及工作原理由JC-2型冲击继电器构成的中央事故信号电路如图12-4所示。图12-4由JC-2型冲击继电器构成的中央事故信号电路2)发遥信。WS808是专为发遥信装置设置的事故音响信号小母线。当断路器事故跳闸后需要向中央调度所发遥信时，将信号电源-WS700接至事故音响信号小母线WS808上，给出脉冲电流信号，冲击继电器K2启动，由图12-2可知，当常开触点KP闭合时，冲击继电器K2的端子1和端子3接通，随之启动中间继电器KC2，KC2的常开触点启动时间继电器KT1和蜂鸣器HB，还启动遥信装置，发遥信至中央调度所。12.2事故信号电路12.2.1由JC-2型冲击继电器构成的事故信号电路2.由JC-2型冲击继电器构成的事故信号电路图及工作原理由JC-2型冲击继电器构成的中央事故信号电路如图12-4所示。图12-4由JC-2型冲击继电器构成的中央事故信号电路3)事故信号的复归。由中间继电器的动合触点KC1或KC2启动时间继电器KT1，其触点经延时后闭合，将冲击继电器的端子2接负电源，由图12-4可知，冲击继电器的端子4和端子6短接，满足返回的条件，冲击继电器K1或K2复归，常开触点KP断开，随即冲击继电器K1或K2的端子1和3断开，中间继电器KC1或KC2失电，断开蜂鸣器和音响信号回路，从而实现了音响信号的延时自动复归。此时，整个回路恢复原状，准备第二次动作。按下音响解除按钮SB，也可实现音响信号的手动复归。12.2事故信号电路12.2.1由JC-2型冲击继电器构成的事故信号电路2.由JC-2型冲击继电器构成的事故信号电路图及工作原理由JC-2型冲击继电器构成的中央事故信号电路如图12-4所示。图12-4由JC-2型冲击继电器构成的中央事故信号电路4)6-10kV配电装置的事故信号。6-10kV线路均为就地控制，如果6-10kV断路器事故跳闸，也会启动事故信号。为了简化接线、节约投资，6-10kV配电装置的事故信号小母线一般设置两段，即WS7271、WS7272，每段上分别接入一定数量的启动回路。当WS7271或WS7272段上的任一断路器事故跳闸，事故信号继电器KCA1或KCA2动作。其动合触点KCA1或KCA2闭合，使冲击继电器K1的端子接-极，使常开触点KP闭合，冲击继电器端子1和端子3接通，发出音响信号。12.2事故信号电路12.2.1由JC-2型冲击继电器构成的事故信号电路2.由JC-2型冲击继电器构成的事故信号电路图及工作原理由JC-2型冲击继电器构成的中央事故信号电路如图12-4所示。图12-4由JC-2型冲击继电器构成的中央事故信号电路5)事故信号的重复动作。变电站中断路器数量较多，出现连续事故跳闸的可能性大，因此事故信号应能重复动作。当第二个事故信号来时，则在第一个脉冲电流信号的基础上再叠加一个脉冲电流，使极化继电器再次动作，实现了音响信号的重复动作。6)音响信号的试验。为了确保事故信号经常处于完好状态，在电路中装设了音响试验按钮SB1和SB3。按下SB1或SB3，冲击继电器K1、K2的端子7接到-极，即启动冲击继电器K1或K2，蜂鸣器响，再经延时解除音响，从而实现了手动模拟断路器事故跳闸情况。需要注意的是，SB3的动断触点用于当信号回路进行试验时断开遥信装置，以免误发信号。7)事故信号电路的监视。监察继电器KVS1用来监视熔断器FU1和FU2。当FU1或FU2熔断或接触不良时，KVS1线圈失电，其动断触点(在预告信号回路中)闭合，点亮“事故信号熔断器熔断”光字牌，并启动预告信号回路。12.2事故信号电路12.2.2由BC-4型冲击继电器构成的事故信号电路1.BC-4Y、BC-4S型冲击继电器的内部电路及工作原理BC-4Y型冲击继电器的内部电路如图12-5所示，主要由测量部分、出口部分、稳压电源三部分构成。电阻器R11、R2，电容器C1、C2及电位器R1、R3组成测量部分；继电器K及三极管VT1、VT2组成出口部分；R4、C4、VD5、VD6组成稳压电源。图12-5BC-4Y型冲击继电器的内部电路12.2事故信号电路12.2.2由BC-4型冲击继电器构成的事故信号电路图12-5BC-4Y型冲击继电器的内部电路BC-4Y型冲击继电器是利用串接在启动回路中的电阻器R11取得电流信号，当电流信号增加时，从R11两端取得的信号经电感L滤波后，向电容器C1、C2充电。由于电容器C1回路无电阻，充电回路的时间常数小，充电快，从而电压UC1上升快，由于电阻R2的存在，C2充电回路的“时间常数”大，充电慢，电压UC2上升慢。在充电过程中，电阻器R2两端出现了电压差。当电流增加到一定数值时，电压差UR2使正常时处于截止的三极管VT1导通，启动出口继电器K，从而实现了冲击继电器的冲击启动。当电容器充电过程结束时，两个电容器均充电至稳态电压UR11，则UR2=0，VT1截止，出口继电器K通过已处于导通状态的三极管VT2自保持，从而实现了冲击继电器仍保持在动作位置。当电流减少或消失时，电容器C1、C2向电阻R11放电，电阻器R2上产生一个与充电过程极性相反的电压差，使三极管VT1截止，出口继电器K因线圈失电而复归，实现了冲击继电器的自动复归。此外，冲击继电器还可进行手动复归。12.2事故信号电路12.2.2由BC-4型冲击继电器构成的事故信号电路BC-4S型冲击继电器的内部电路如图12-6所示。它与BC-4Y型冲击继电器的主要区别是三极管VT1、VT2改为PNP管，将发射极接正电源。其工作原理与BC-4Y型相似。图12-6BC-4S型冲击继电器的内部电路12.2事故信号电路12.2.2由BC-4型冲击继电器构成的事故信号电路2.由BC-4S型冲击继电器构成的事故信号电路图及工作原理由BC-4S型冲击继电器构成的事故信号电路如图12-7所示，K1、K2为冲击继电器；KC、KC1、KC2为中间继电器；KT1为时间继电器；WS728、WS808为事故音响信号小母线；SB1、SB2为试验按钮；SB4为音响解除按钮；R11和R12为冲击继电器K1、K2的信号电阻器；R21和R22为冲击继电器K1和K2的降压电阻器。其动作过程如下：图12-7由BC-4S型冲击继电器构成的中央事故信号电路12.2事故信号电路12.2.2由BC-4型冲击继电器构成的事故信号电路图12-7由BC-4S型冲击继电器构成的中央事故信号电路1)事故信号的启动。冲击继电器K1接收信号后，由图12-6可知，启动其出口继电器K，出口继电器K的第一对常开触点用于自保持，另一对常开触点闭合使冲击继电器K1的端子7和端子15接通，由图12-7可知，冲击继电器K1的端子7和端子15接通可以启动中间继电器KC1，KC1的常开触点闭合后启动蜂鸣器HB，发出音响信号。2)遥信。断路器事故跳闸需发遥信时，冲击继电器K2接收信号，由图12-6可知，启动其出口继电器K，同理出口继电器K的第一对常开触点用于自保持，第二对常开触点使冲击继电器K2的端子7和端子15接通，从而启动中间继电器KC2，KC2的常开触点闭合后，一方面启动蜂鸣器发出音响信号，另一方面接通遥信装置，向中央调度所发遥信。12.2事故信号电路12.2.2由BC-4型冲击继电器构成的事故信号电路图12-7由BC-4S型冲击继电器构成的中央事故信号电路3)事故信号的复归。中间继电器KC1或KC2线圈带电后，其常开触点闭合，启动时间继电器KT1，KT1的延时闭合触点闭合启动中间继电器KC，由图12-7可知，接在冲击继电器K1的端子5和13之间的动断触点KC断开，由图12-6可知，当端子5和13断开后，使继电器线圈K失电，从而使端子7和端子15不接通，冲击继电器复归，音响信号解除，实现了音响信号的延时自动复归。按下音响解除按钮SB4，也可实现音响信号的手动复归。4)事故信号的重复动作。在多个回路连续接通或断开事故信号启动回路时，继电器重复动作的过程与JC-2型相似。随着启动回路并联电阻的增大或减小，电阻R11上的平均电流和平均电压便发生多次阶跃性的递增或递减，电容器C1、C2上则发生多次的充、放电过程，继电器便重复启动和复归，从而实现了事故信号的重复动作。此外，与JC-2型冲击继电器构成的事故信号电路类似，按下试验按钮SB1或SB2，会启动冲击继电器K1或K2，启动蜂鸣器HB，对信号回路即可进行试验。利用监察继电器KVS1，进行回路电源失电的监视。12.3预告信号电路预告信号电路和事故信号电路一样，都由冲击继电器构成，但启动回路、音响装置及重复动作的构成元件有所不同。具体区别有以下几点：1)事故信号是利用不对应原理将电源与事故音响信号小母线接通来启动的，可由图12-1分析；预告信号则是利用继电保护出口继电器触点K与预告信号小母线接通来启动的，可由图12-9分析。2)事故信号用蜂鸣器作为发音装置，而预告信号则用警铃。3)事故信号是由每一启动回路中串接一电阻启动的，重复动作则是通过突然并入一启动回路(相当于突然并入一电阻)引起电流突变而实现的。预告信号是在启动回路中用信号灯代替电阻启动的，重复动作则是通过启动回路并入信号灯实现的。12.3预告信号电路12.3.1由JC-2型冲击继电器构成的预告信号电路由JC-2型冲击继电器构成的预告信号电路如图12-8所示，其启动电路如图12-9所示。图12-8由JC-2型冲击继电器构成的预告信号电路图12-8中，K3为冲击继电器；KC3为中间继电器；KVS2为熔断器监察继电器；KCR1、KCR2为预告信号继电器；SB2为试验按钮；SB为音响解除按钮；SM为转换开关；HW为熔断器监视灯；H1-H6为光字牌；HA为警铃；WS709、WS710、WS7291、WS7292为预告信号小母线；WD703为辅助信号小母线；WD716为掉牌未复归小母线；WS713为控制回路断线小母线。12.3预告信号电路12.3.1由JC-2型冲击继电器构成的预告信号电路图12-8由JC-2型冲击继电器构成的预告信号电路本电路的动作过程如下：1)预告信号的启动。转换开关SM有“工作”和“试验”两个位置，即图12-8中的“工”和“试”两个位置。当转换开关SM处于“工作”位置时，其触点13-14、15-16接通。如果此时设备出现不正常状况(如变压器油温过高)，则图12-9的启动电路中相应的继电保护出口继电器触点K闭合，使信号电源+WS700经触点K和光字牌H引至预告信号小母线WS709和WS710上。因此，转换开关在“工作”位置时，冲击继电器的电阻R1上产生电流增量，如图12-2中，使冲击继电器K3的常开触点KP闭合，从而使冲击继电器K3的端子1和3接通，由图12-8可知，K3的端子1和3接通后会启动中间继电器KC，其常开触点闭合，又去启动中间继电器KC3，KC3的常开触点闭合，最后启动警铃，发出音响信号。除铃声之外，还通过光字牌发出灯光信号，并显示“变压器油温过高”等信息。

12.3预告信号电路12.3.1由JC-2型冲击继电器构成的预告信号电路图12-8由JC-2型冲击继电器构成的预告信号电路本电路的动作过程如下：1)预告信号的启动。转换开关SM有“工作”和“试验”两个位置，即图12-8中的“工”和“试”两个位置。当转换开关SM处于“工作”位置时，其触点13-14、15-16接通。如果此时设备出现不正常状况(如变压器油温过高)，则图12-9的启动电路中相应的继电保护出口继电器触点K闭合，使信号电源+WS700经触点K和光字牌H引至预告信号小母线WS709和WS710上。因此，转换开关在“工作”位置时，冲击继电器的电阻R1上产生电流增量，如图12-2中，使冲击继电器K3的常开触点KP闭合，从而使冲击继电器K3的端子1和3接通，由图12-8可知，K3的端子1和3接通后会启动中间继电器KC，其常开触点闭合，又去启动中间继电器KC3，KC3的常开触点闭合，最后启动警铃，发出音响信号。除铃声之外，还通过光字牌发出灯光信号，并显示“变压器油温过高”等信息。

12.3预告信号电路12.3.1由JC-2型冲击继电器构成的预告信号电路本电路的动作过程如下：1)预告信号的启动。转换开关SM有“工作”和“试验”两个位置，即图12-8中的“工”和“试”两个位置。当转换开关SM处于“工作”位置时，其触点13-14、15-16接通。如果此时设备出现不正常状况(如变压器油温过高)，则图12-9的启动电路中相应的继电保护出口继电器触点K闭合，使信号电源+WS700经触点K和光字牌H引至预告信号小母线WS709和WS710上。因此，转换开关在“工作”位置时，冲击继电器的电阻R1上产生电流增量，如图12-2中，使冲击继电器K3的常开触点KP闭合，从而使冲击继电器K3的端子1和3接通，由图12-8可知，K3的端子1和3接通后会启动中间继电器KC，其常开触点闭合，又去启动中间继电器KC3，KC3的常开触点闭合，最后启动警铃，发出音响信号。除铃声之外，还通过光字牌发出灯光信号，并显示“变压器油温过高”等信息。

图12-9由ZC-23型冲击继电器构成的预告信号启动电路12.3预告信号电路12.3.1由JC-2型冲击继电器构成的预告信号电路2)预告信号的复归。中间继电器KC3启动警铃的同时，在图12-4中，KC3的另一对常开触点闭合，启动事故信号回路中的时间继电器KT1，时间继电器KT1的延时闭合触点闭合，使冲击继电器K3的端子2接正电源复归，如图12-2（b）所示，冲击继电器端子6和8短接，同时K3的端子2接正电源，满足这两个条件时，冲击继电器K3复归，并解除音响信号，实现了音响信号的延时自动复归。按下音响解除按钮SB，可实现音响信号的手动复归。图12-4由JC-2型冲击继电器构成的中央事故信号电路12.3预告信号电路12.3.1由JC-2型冲击继电器构成的预告信号电路3)预告信号的重复动作。预告信号音响部分的重复动作是靠突然并入启动回路光字牌中的灯泡，使流过冲击继电器中电阻上的电流发生突变来实现的。4)光字牌检查。正常运行时SM投向工作位置光字牌不亮，所以必须经常检查光字牌的完好情况。如图12-10所示，所有光字牌可通过转换开关SM检查其指示灯是否完好。检查时，将SM投向“试验”位置，其触点1-2、3-4、5-6、7-8、9-10、11-12接通，使预告信号小母线WS709接信号电源+WS700，WS710接信号电源-WS700，此时，如果光字牌中指示灯发暗光，说明光字牌完好。图12-10光字牌检查回路12.3预告信号电路12.3.1由JC-2型冲击继电器构成的预告信号电路为什么检查光字牌发暗光表示完好呢？检查时，两灯泡是串联的，灯泡发暗光，如果其中一只损坏时，光字牌不亮。发预告信号时，如图12-9所示，光字牌的两灯泡是并联的，灯泡两端电压为电源额定电压，所